To δεύτερο επίπεδο του μοντέλου OSI είναι το επίπεδο σύνδεσης (ζεύξης) δεδομένων (Data link layer).

To επίπεδο αυτό έχει σκοπό να κάνει αξιόπιστη τη φυσική γραμμή σύνδεσης μεταξύ δύο σταθμών. Από τα πακέτα του παραπάνω επιπέδου (επιπέδου δικτύου του μοντέλου OSI) φτιάχνει πλαίσια δεδομένων (data frames). Ορίζει που αρχίζει και που τελειώνει κάθε πλαίσιο, προσθέτοντας την κατάλληλη επικεφαλίδα (header) και ουρά (trailer), ανιχνεύει τα σφάλματα μετάδοσης, επιδιορθώνει τα αλλοιωμένα δεδομένα ή ζητά την επανεκπομπή τους. Ακόμα, ελέγχει το πότε μπορεί να δεσμεύσει το φυσικό μέσο για την αποστολή των πλαισίων, ώστε να μη γίνει ταυτόχρονη εκπομπή με άλλο σταθμό και τέλος, μεταβάλλει κατά περίπτωση τη ροή των πλαισίων ανάλογα με τους ρυθμούς που μπορεί να δεχτεί ο σταθμός παραλήπτης. Όπως γνωρίζουμε, τα δύο χαμηλότερα επίπεδα στο μοντέλο OSI, δηλαδή το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης (ζεύξης) δεδομένων, αντιστοιχούν στο 1ο επίπεδο του προτύπου TCP/IP, δηλαδή στο επίπεδο πρόσβασης δικτύου.